STRATEGIE REPLIKACJI GENOMÓW WIRUSOWYCH „Be warned! One sneeze can generate an aerosol of enough cold viruses to infect an entire regiment!” Linda Stannard

dsDNA Prokaryotae Eukaryotae Archaebacteria Eocyta Eubacteria Archaezoa Photocyta Chromista Plantae Animalia dsDNA

Wirusy RNA DNA ssRNA(+) dsDNA ssRNA(-) ssDNA dsRNA dsDNA RT ssRNA(+)RT Astroviridae Caliciviridae Picornaviridae Coronaviridae Arteriviridae Flaviviridae Togaviridae Asfaviridae Herpesviridae Iridoviridae Poxviridae Adenoviridae Papillomaviridae Polyomaviridae dsDNA ssRNA(-) Filoviridae Paramyxoviridae Rhabdoviridae Bornaviridae Rząd: Mononegavirales Circoviridae Parvoviridae ssDNA Arenaviridae Bunyaviridae Orthomyxoviridae dsRNA Birnaviridae Reoviridae Hepadnaviridae dsDNA RT ssRNA(+)RT Retroviridae

wirusy DNA (ds, ss)

Podział procesu replikacji wirusów kręgowców na okresy, fazy i stadia 1. Okres adsorbcji 2. Okres penetracji i obnażania genomu 3. Okres wewnątrzkomórkowej biosyntezy fazy

a. zahamowanie syntezy komórkowego DNA, RNA i białek - początek fazy eklipsy i początek stadium latencji b. transkrypcja, translacja i synteza białek wczesnych c. replikacja kwasu nukleinowego dla wirionów potomnych d. transkrypcja z rodzicielskiego i/lub potomnego DNA (względnie RNA) oraz translacja i synteza białek późnych i ew. późnych enzymów e. montowanie wirionów potomnych - koniec fazy eklipsy 4. Okres dojrzewania i uwalniania wirionów potomnych - koniec stadium latencji

Rodzina: Herpesviridae Podrodzina: Alphaherpesvirinae Simplexvirus Varicellovirus Podrodzina: Betaherpesvirinae Cytomegalovirus Muromegalovirus Roseolovirus Podrodzina: Gammaherpesvirinae Lymphocryptovirus Rhadinovirus

100-200 nm, dwudziestościenny kapsyd i otoczka zawierająca amorficzny tegument; otoczka powstaje podczas wypączkowywania z jądra dsDNA 124-235 kbp, 4 klasy genomu, zależnie od aranżacji tzw. sekwencji powtarzających się 70 do ponad 200 ORF, w tym dla DNA-polimerazy, białek wiążących DNA, proteazy, TK, RRA, kinaz i innych 3 klasy genów - natychmiastowe wczesne (alfa, indukowane przez α-TIF), wczesne i późne

1 2 EHV-1 BoHV-1 SuHV-1 3 4 HHV-1 UL TRL IRL IRS TRS US

ekspresja genów kaskadowa - geny α ulegają ekspresji jako pierwsze i aktywują ekspresję pozostałych genów α zwierają docelowy element TAATGArATT i indukowane są przez α-TIF obecny w tegumencie β - RRA, TK, DNA-polimeraza, białko wiążące DNA i in. odpowiedzialne za replikację DNA γ - strukturalne

nukleokapsydy transportowane do jądra przy udziale mikrotubul cytoszkieletu genom zawiera 3 miejsca ori w których rozpoczyna się replikacja: 2oriS - umożliwia syntezę dwukierunkową oriL - jednokierunkową L i jedno S mogą być usunięte bez utraty zdolności do replikacji

Replikacja kwasu nukleinowego dla wirionów potomnych rozpoczyna się w jednym (lub więcej) miejscu ori, zgodnie z mechanizmem „toczącego się koła” (rolling circle) i przebiega z wytworzeniem tzw, konkatameru - formy pośredniej złożonej z więcej niż jednego genomu Szczegóły znajdziesz TU

Rodzina: Poxviridae Podrodzina: Chordopoxvirinae Podrodzina: Entomopoxvirinae

Podrodzina: Chordopoxvirinae Orthopoxvirus (ospy i krowianki) Parapoxvirus (orf i inne) Avipoxvirus (ospy ptaków) Capripoxvirus (ospy kóz) Leporipoxvirus (myksomatozy i fibromatozy) Suipoxvirus (ospy świń) Molluscipoxvirus (mięczaka zakaźnego) Yatapoxvirus (wirusy Tana i Yaba)

dsDNA 130-375 kbp, 150-300 białek, w tym DNA-zależna DNA-transkryptaza, (Ortho - HA); ok. 100 białek obecnych w wirionie wczesne transkrypty poli-A powstają wewnątrz rdzenia, przed obnażeniem DNA kodują liczne enzymy, w tym DNA-zależną DNA-polimerazę, enzymy modyfikujące DNA i RNA, białka wyłączające syntezy komórkowe, czynniki transkrypcyjne genów pośrednich pośrednie - ekspresja podczas replikacji DNA, prawdopodobnie kodują czynniki transkrypcyjne genów późnych

Replikacja DNA w cytoplazmie (przy pomocy enzymów kodowanych przez wirus), z wytworzeniem pośredniej formy konkatamerycznej; nie wymaga miejsca ori

Rodzina: Adenoviridae Mastadenovirus Aviadenovirus

dsDNA 20-25x106 (Mast), 30x106 (Avi), ludzki a. 2 ok dsDNA 20-25x106 (Mast), 30x106 (Avi), ludzki a. 2 ok. 36 kbp z 1 sekwencja odwróconą Ok. 40 polipeptydów, wczesne wpływają modulująco na aparat transkrypcyjny komórki E1A - bierze udział w unieśmiertelnianiu komórek E1B - bierze udział w transformacji komórek, podobny do c-myc i c-fos E2A - białko wiążące ssDNA E2B - niezbędne do replikacji DNA

replikacja semikoserwatywna - elongacja nici potomnej w kierunku 5’ 3’ 2 typy replikacji: I - „liniowa” II - z wytworzeniem pośredniej formy kolistej

Rodzina: Iridoviridae Liniowy dsDNA 140-303 kbp; u IIV-1, wirusa bezkręgowców występuje w rdzeniu dodatkowy składnik 10.8 kbp 2 fazy replikacji - wczesna - w jądrze, produkt o wielkości genomu lub mniejszy może służyć jako dodatkowa matryca lub transportowany jest do cytoplazmy gdzie występuje w formie dużego, rozgałęzionego konkatameru późna - konkatamer jest rozdzielany na pojedyńcze genomy potomne przy udziale kodowanej przez wirus integrazy-rekombinazy

Najpierw tworzy się dupleks z jednoniciowymi końcami 3’, zdolnymi do rekombinacji w obrębie tej samej cząsteczki DNA (A) lub innych (B), przy udziale kodowanej przez wirus integrazy-rekombinazy; tworzą się duże, rozgałęzione konkatamery „replikacyjne” konkatamer „replikacyjny” rozdzielany jest na pojedyńcze genomy potomne przy udziale kodowanej przez wirus integrazy-rekombinazy Schemat replikacji i tworzenia konkatamerów znajdziesz na TEJ stronie

Rodzina: Asfarviridae Asfivirus dsDNA 170-190 kbp

70-100 nm rdzeń otoczony warstwą lipidową i dwudziestościennym kapsydem, średnica wraz z otoczką - 170-190 nm Warstwa lipidowa pochodzi z błon retikulum endoplazmatycznego, otoczka - z błony cytoplazmatycznej Replikacja DNA w przestrzeni okołojadrowej, z wytworzeniem pośredniej formy konkatamerycznej, konkatamer „head-to-head”

Rodzina: Polyomaviridae Rodzaj: Polyomavirus Nagie, 40 nm., kolisty dsDNA ok. 5 kbp genom podzielony na region wczesny i poźny, 1 ori E mRNA (T) i L mRNA (VP-1 do VP-3) transkrybowane z różnych nici

zakażenie produktywne dwuetapowe: zakażenie produktywne dwuetapowe: - etap wczesny - przed replikacją DNA - etap późny - po jej rozpoczęciu za adsorbcję wirionu do komórki odpowiada VP-1 aktywujący jednocześnie komórkowe geny c-myc i c-fos; wnikanie przez endocytozę, transport DNA do jądra wakuoli która ulega fuzji z błoną jądrową w etapie wczesnym ekspresji ulegają antygeny T co prowadzi do aktywacji ekspresji genów komórkowych i aktywacji syntezy komórkowego DNA replikację inicjuje duży antygen T - tworzy kompleks z czynnikami komórkowymi i przylącza się do wirusowego DNA w pobliżu ori

replikacja rozpoczyna się przyłączeniem dużego antygenu T (aktywność helikazy) do miejsca ori i jego oddziaływaniem z DNA-polimerazą gospodarza; przebiega w sposób „półnieciągły” - - dwukierunkowo; po osiągnięciu ok. 1800 od miejsca ori przechodzi w fazę późną - „rolling circle”

Rodzina: Papillomaviridae Rodzaj: Papillomavirus Nagie, 55 nm., kolisty dsDNA ok. 8 kbp 9-10 ORFs, E1-E8, L1 i L2, transkrybowane z tej samej nici (w odróżnieniu od Polyoma) E - odpowiedzialne za transkrypcję i replikację L - strukturalne 9-10 ORFs, E1-E8, L1 i L2, transkrybowane z tej samej nici (w odróżnieniu od Polyoma)

E2 - transaktywator stymulujący transkrypcję genów wirusowych przez współdziałanie z enhancerami obecnymi w LCR; ma zdolność przyłączania do określonych sekwencji DNA niektóre wczesne - np. E5, E7 - określane jako onkoproteiny działają tumorogennie 2 typy replikacji, zależnie od stopnia zróżnicowania komórek: - „plazmidowa” - raz na cykl podziału komórki - wegetatywna – w komórkach zróżnicowanycvh

w komórkach mało niezróznicowanych „wstępnie” zreplikowany genom szybko przechodzi w formę plazmidową pod wpływem działającego modulująco E1-M który „znakuje” nowopowstały DNA i wyłącza go z replikacji replikacja wegetatywna inicjowana jest w komórkach kolczystych przez wiązanie E1 (E1-R) i E2 do ori i interakcję z DNA-polimerazą komórkową białka E mają zdolność do derepresji niektórych genów komórkowych i stymulacji syntezy komórkowego DNA genom papillomawirusa może zintegrować się z genomem gospodarza, niekiedy w okolicy c-onc

2 typy replikacji: „plazmidowa” – w mniej zróżnicowanych komórkach naskórka - bezpośrednio po wniknięciu do komórki dochodzi do replikacji ograniczonej liczby genomów, które przechodzą w formę plazmidową – replikacja raz na cykl podziału komórki wegetatywna – w zróżnicowanych, łuskowatych komórkach naskórka, gdzie nie ma syntezy komórkowego DNA Schemat znajdziesz TU

„Wstępnie” zreplikowany genom szybko przechodzi w formę plazmidową pod wpływem działającego modulująco E1-M (mod), który „znakuje” nowopowstały DNA i wyłącza go z replikacji replikacja wegetatywna inicjowana jest przez wiązanie E1-R (rep) i E2 do ori i interakcję z DNA-polimerazą komórkową genom papillomawirusa może zintegrować się z genomem gospodarza, niekiedy w okolicy c-onc

Rodzina: Parvoviridae Parvovirinae Rodzaj: Parvovirus Erythrovirus Dependovirus Densovirinae Rodzaj: Densovirus Iteravirus Contravirus Nagie, dwudziestościenne, 18-26 nm. ssDNA, 4-6 kb, 2 główne geny - REP (kodujący funkcje niezbędne do transkrypcji i replikacji DNA) i CAP (kodujący niałka strukturalne); u niektórych członków rodziny występują dodatkowe ORFs

Enkapsydacji ulegają zarówno nici ssDNA „+” jak i „-”, z różną efektywnością Densovirus kodują REP i CAP na komplementarnych niciach Wirusy autonomiczne mają ssDNA „-” - komplementarny do mRNA dependowirusy - AAV - ssDNA”+” lub”-”, do replikacji wymagają zakażenia helperem - adeno lub herpes

dependowirusy - AAV - pod nieobecność helpera DNA dostaje się do jądra ale ekspresja genów jest niewystarczająca dla uruchomienia transkrypcji z pośredniej formy dwuniciowej i DNA ulega integracji Wirusy autonomiczne replikują DNA z wytworzeniem pośredniej formy „dimer-duplex” http://www.mcb.uct.ac.za/tutorial/parvrep2.gif